FEM-Parameterized Rotary Actuator

Ротационный привод задан в терминах магнитного потока

  • Библиотека:
  • Simscape / Электрический / Электромеханический / Мехатронные Приводы

  • FEM-Parameterized Rotary Actuator block

Описание

Блок FEM-Parameterized Rotary Actuator реализует модель ротационного привода, заданного в терминах магнитного потока. Используйте этот блок, чтобы смоделировать пользовательские ротационные приводы и двигатели, где магнитный поток зависит и от угла ротора и от текущий. Вы параметрируете блок с помощью данных из стороннего пакета Магнитного конечного элемента (FEM).

Блок имеет две опции для электрического уравнения. Первое, Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di, задает ток в терминах частных производных магнитного потока (Φ) относительно угла ротора (θ) и текущий (i), уравнения, для которых:

didt=(viRΦθdθdt)/Φi

Вторая опция, Define in terms of Phi(i,theta), задает напряжение через компонент непосредственно в терминах потока, уравнения, для которого:

v=iR+ddtΦ(θ,i)

Численно, определение электрического уравнения в терминах частных производных потока лучше, потому что коэффициент противо-ЭДС является кусочно-непрерывным. Если использование потока непосредственно, использование более прекрасного размера сетки для текущего и положения улучшат результаты, как будет, выбирая кубический или интерполяция сплайна.

В обоих случаях вы имеете опцию или к непосредственно задаете крутящий момент как функцию текущих и угла ротора, при помощи параметра Torque matrix, T(i,theta), или имеете блок, автоматически вычисляют матрицу крутящего момента.

При вводе электромагнитных данных о крутящем моменте непосредственно, можно или использовать данные, снабженные конечным элементом магнитный пакет (который вы раньше определяли поток), или вычислите крутящий момент от потока следующим уравнением:

T=0iΦ(θ,i)θdi

Смотрите Конечный элемент Параметрированная Соленоидная модель в качестве примера и ее файл инициализации ee_fem_solenoid_ini.m для примера того, как реализовать этот тип интегрирования в MATLAB®.

В качестве альтернативы блок может автоматически вычислить матрицу крутящего момента от информации о потоке, которую вы предоставляете. Чтобы выбрать эту опцию, установите параметр Calculate torque matrix? на Yes. Матричное вычисление крутящего момента происходит при инициализации модели на основе текущей информации о потокосцеплении блока. Крутящий момент вычисляется путем числовой интеграции скорости изменения потокосцепления относительно угла по току, согласно предыдущему уравнению. Если параметр Electrical model устанавливается на Define in terms of Phi(i,theta), затем блок должен сначала оценить значение параметров Flux partial derivative wrt angle, Phi(i,theta)/dtheta из данных о потокосцеплении. При выполнении этого блок использует метод интерполяции, заданный параметром Interpolation method. Как правило, Smooth опция является самой точной, но Linear опция является самой устойчивой.

Можно задать Φ и его частные производные для только положительных, или положительных и отрицательных токов. При определении для только положительных токов затем блок принимает что Φ (–i, x), = –Φ (i, x). Поэтому, если текущий вектор положителен только:

  • Первое текущее значение должно быть нулем.

  • Поток, соответствующий, чтобы обнулить текущий, должен быть нулем.

  • Частная производная потока относительно угла ротора должна быть нулем для нулевого тока.

Чтобы смоделировать ротационный двигатель с повторным шаблоном потока, установите параметр Flux dependence on displacement на Cyclic. При выбирании этой опции крутящий момент и поток (или крутящий момент и частные производные потока в зависимости от выбранной опции) должны иметь идентичные первые и последние столбцы.

Тепловой порт

Блок имеет дополнительный тепловой порт, скрытый по умолчанию. Чтобы осушить тепловой порт, щелкните правой кнопкой по блоку по своей модели, и затем из контекстного меню выбирают Simscape> Block choices> Show thermal port. Это действие отображает тепловой порт H на значке блока и отсоединяет параметры Thermal Port и Temperature Dependence.

Используйте тепловой порт, чтобы симулировать эффекты медных потерь сопротивления, которые преобразовывают электроэнергию в теплоту. Для получения дополнительной информации об использовании тепловых портов и на Temperature Dependence и параметрах Thermal Port, смотрите Термальные эффекты Симуляции во Вращательных и Поступательных Приводах.

Допущения и ограничения

  • Необходимо предоставить непротиворечивое множество данных о потоке и крутящего момента. Нет никакой проверки, чтобы гарантировать, что матрица крутящего момента сопоставима с данными о потоке.

  • При управлении блоком FEM-Parameterized Rotary Actuator через серийный индуктор вы, возможно, должны включать параллельную проводимость в компонент индуктора.

Порты

Сохранение

развернуть все

Электрический порт сохранения сопоставил с приводом положительный терминал.

Электрический порт сохранения сопоставил с приводом отрицательный терминал.

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен со случаем привода.

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с ротором.

Тепловой порт. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловой Порт.

Параметры

развернуть все

Магнитная сила

Выберите одну из следующих опций параметризации, на основе базовой электрической модели:

  • Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di — Задайте ток через блок в терминах частных производных магнитного потока относительно расстояния и текущий.

  • Define in terms of Phi(i,theta) — Задайте напряжение через распределительные коробки непосредственно в терминах потока.

Задайте вектор из монотонно увеличения текущих значений, соответствующих вашим данным потока крутящего момента. Если вы задаете положительные токи только, первым элементом должен быть нуль.

Задайте вектор из монотонно увеличения угловых значений ротора, соответствующих вашим данным потока крутящего момента.

Задайте матрицу частных производных потока относительно тока. Этот параметр отображается, только если Electrical model установлен в Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di. Значение по умолчанию, в Wb/A:

[ 0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; 
  0.002 0.0024 0.0035 0.0052 0.0074 0.0096 0.0118 0.0135 0.0146 ...
        0.015 0.0146 0.0135 0.0118 0.0096 0.0074 0.0052 0.0035 0.0024 0.002; ]

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Electrical model на Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di.

Задайте матрицу частных производных потока относительно угла ротора. Этот параметр отображается, только если Electrical model установлен в Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di. Значение по умолчанию, в Wb/rad:

[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 
  0 9e-4 0.0017 0.0023 0.0026 0.0026 0.0023 0.0017 9e-4 ...
         0 -9e-4 -0.0017 -0.0023 -0.0026 -0.0026 -0.0023 -0.0017 -9e-4 0; 
  0 0.0018 0.0033 0.0045 0.0051 0.0051 0.0045 0.0033 0.0018 ...
         0 -0.0018 -0.0033 -0.0045 -0.0051 -0.0051 -0.0045 -0.0033 -0.0018 0; 
  0 0.0027 0.005 0.0068 0.0077 0.0077 0.0068 0.005 0.0027 ...
         0 -0.0027 -0.005 -0.0068 -0.0077 -0.0077 -0.0068 -0.005 -0.0027 0; 
  0 0.0036 0.0067 0.009 0.0102 0.0102 0.009 0.0067 0.0036 ...
         0 -0.0036 -0.0067 -0.009 -0.0102 -0.0102 -0.009 -0.0067 -0.0036 0; 
  0 0.0044 0.0084 0.0113 0.0128 0.0128 0.0113 0.0084 0.0044 ...
         0 -0.0044 -0.0084 -0.0113 -0.0128 -0.0128 -0.0113 -0.0084 -0.0044 0 ]

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Electrical model на Define in terms of dPhi(i,theta)/dtheta and dPhi(i,theta)/di.

Задайте матрицу общего потокосцепления, то есть, времена потока количество поворотов. Этот параметр отображается, только если Electrical model установлен в Define in terms of Phi(i,theta). Значение по умолчанию (в Вб):

[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 
  4e-4 4.8e-4 7e-4 0.00105 0.00147 0.00193 0.00235 0.0027 0.00292 ...
        0.003 0.00292 0.0027 0.00235 0.00193 0.00147 0.00105 7e-4 4.8e-4 4e-4; 
  8e-4 9.6e-4 0.00141 0.0021 0.00295 0.00385 0.0047 0.00539 0.00584 ...
        0.006 0.00584 0.00539 0.0047 0.00385 0.00295 0.0021 0.00141 9.6e-4 8e-4; 
  0.0012 0.00144 0.00211 0.00315 0.00442 0.00578 0.00705 0.00809 0.00876 ...
        0.009 0.00876 0.00809 0.00705 0.00578 0.00442 0.00315 0.00211 0.00144 0.0012; 
  0.0016 0.00191 0.00282 0.0042 0.0059 0.0077 0.0094 0.01078 0.01169 ...
        0.012 0.01169 0.01078 0.0094 0.0077 0.0059 0.0042 0.00282 0.00191 0.0016; 
  0.002 0.00239 0.00352 0.00525 0.00737 0.00963 0.01175 0.01348 0.01461 ...
        0.015 0.01461 0.01348 0.01175 0.00963 0.00737 0.00525 0.00352 0.00239 0.002 ]

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Electrical model на Define in terms of Phi(i,theta).

Задайте способ обеспечить электромагнитные данные о крутящем моменте:

  • No — specify directly — Введите электромагнитные данные о крутящем моменте непосредственно, при помощи параметра Torque matrix, T(i,theta).

  • Да — блок вычисляет крутящий момент от информации о потокосцеплении как функция угла ротора и текущих.

Укажите, что матрица электромагнитного крутящего момента применилась к ротору. Этот параметр отображается, только если Calculate torque matrix? установлен в No — specify directly. Значение по умолчанию, в mN*m:

[ 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0; 
  0 0.0889 0.1671 0.2252 0.2561 0.2561 0.2252 0.1671 0.0889 ...
        0 -0.0889 -0.1671 -0.2252 -0.2561 -0.2561 -0.2252 -0.1671 -0.0889 0; 
  0 0.3557 0.6685 0.9007 1.0242 1.0242 0.9007 0.6685 0.3557 ...
        0 -0.3557 -0.6685 -0.9007 -1.0242 -1.0242 -0.9007 -0.6685 -0.3557 0; 
  0 0.8003 1.5041 2.0265 2.3045 2.3045 2.0265 1.5041 0.8003 ...
        0 -0.8003 -1.5041 -2.0265 -2.3045 -2.3045 -2.0265 -1.5041 -0.8003 0; 
  0 1.4228 2.674 3.6027 4.0968 4.0968 3.6027 2.674 1.4228 ...
        0 -1.4228 -2.674 -3.6027 -4.0968 -4.0968 -3.6027 -2.674 -1.4228 0; 
  0 2.2231 4.1781 5.6292 6.4013 6.4013 5.6292 4.1781 2.2231 ...
        0 -2.2231 -4.1781 -5.6292 -6.4013 -6.4013 -5.6292 -4.1781 -2.2231 0 ]

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Calculate torque matrix? на No — specify directly.

Задайте шаблон потока:

  • Unique — Никакой существующий шаблон потока.

  • Cyclic — Выберите эту опцию, чтобы смоделировать линейный двигатель с повторным шаблоном потока. Сила и поток (или сила и частные производные потока, в зависимости от выбранной опции Electrical model) должны иметь идентичные первые и последние столбцы.

Выберите один из следующих методов интерполяции для аппроксимации итогового значения, когда исходное значение находится между двумя последовательными узлами решетки:

  • Linear — Выберите эту опцию, чтобы получить лучшую эффективность.

  • Smooth — Выберите эту опцию, чтобы создать непрерывную поверхность с непрерывными производными первого порядка.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах интерполяции смотрите страницу с описанием блока PS Lookup Table (2D).

Выберите один из следующих методов экстраполяции для определения выходного значения, когда входное значение найдется вне диапазона, указанного в списке аргументов:

  • Linear — Выберите эту опцию, чтобы создать поверхность с непрерывными производными первого порядка в области экстраполяции и за пределами с областью интерполяции.

  • Nearest — Выберите эту опцию, чтобы произвести экстраполяцию, которая не выше самой высокой или ниже самой низкой точки в области данных.

Для получения дополнительной информации об алгоритмах экстраполяции смотрите страницу с описанием блока PS Lookup Table (2D).

Зависимости

Этот параметр отображается только, когда вы устанавливаете параметр Flux dependence on displacement на Unique.

Полное сопротивление электрической обмотки.

Механическое устройство

Ротационное затухание. Значение может быть нулем.

Инерция ротора присоединяется к механическому поступательному порту R. Значение может быть нулем.

Угол ротора, под которым применяется более низкая механическая остановка конца.

Угол ротора, под которым применяется верхняя механическая остановка конца.

Положение ротора в начале симуляции

Скорость вращения ротора в начале симуляции.

Упругость контакта между ротором и остановками конца.

Свяжитесь с затуханием между остановками конца и ротором.

Температурная зависимость

Эта вкладка появляется только для блоков с осушенным тепловым портом. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловой Порт.

Коэффициент температуры сопротивления.

Температура, для которой заданы параметры привода.

Тепловой порт

Эта вкладка появляется только для блоков с осушенным тепловым портом. Для получения дополнительной информации смотрите Тепловой Порт.

Количество тепла является энергией, требуемой для повышения температуры на один градус.

Температура теплового порта в начале симуляции.

Расширенные возможности

Генерация кода C/C++
Генерация кода C и C++ с помощью Simulink® Coder™.

Введен в R2010a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте